Método para eliminar nitrógeno amónico de aguas residuales orgánicas que comprenden estiercol líquido.

Un método para eliminar nitrógeno amónico de aguas residuales orgánicas que comprenden estiércol líquido,

método que comprende las etapas de

(i) proporcionar aguas residuales orgánicas que comprenden estiércol líquido con un contenido de nitrógenoamónico;

(ii) aplicar dichas aguas residuales a un intercambiador de iones sintético, orgánico que adsorbe, durante suutilización, más de 1,2 eq/I, preferentemente más de 2,0 eq/I; y

(iii) permitir que el nitrógeno amónico de dichas aguas residuales se adsorba a dicho intercambiador de iones,en el que la concentración de nitrógeno amónico en dichas aguas residuales supera los 3 g/l en el momento de laaplicación de dichas aguas residuales a dicho intercambiador de iones, y en el que las aguas residuales orgánicastienen un contenido de materia orgánica del 0,5-8% (p/p), preferentemente del 1-3% (p/p), en el momento de laaplicación de dichas aguas residuales al intercambiador de iones, estando dicha materia orgánica disuelta o en formade partículas de una extensión máxima de 25 μm.

Método para eliminar nitrógeno amónico de aguas residuales orgánicas que comprenden estiércol líquido La presente invención se refiere a un método para eliminar nitrógeno amónico de aguas residuales orgánicas que comprenden estiércol líquido.

En cualquier lugar en el que se agrupen animales de orden superior en concentraciones sustanciales, tal como en granjas porcinas, la liberación de diferentes formas de nitrógeno debido a la micción y la defecación puede plantear problemas medioambientales de escala variable. Cuando sale de los animales, una proporción considerable de nitrógeno en el estiércol está presente en forma de urea. Poco después, sin embargo, la urea se convierte en amonio y dióxido de carbono en una mezcla de pH neutro. En el periodo siguiente, a continuación, se desprende dióxido de carbono, el pH aumenta y el amoniaco comenzará a evaporarse.

El amoniaco es irritante para los ojos, la nariz y los pulmones y en altas concentraciones puede causar enfermedades o incluso la muerte. Cuando es liberado en grandes cantidades en la atmósfera y depositado por el aire y la lluvia en ecosistemas oligotróficos, tales como pantanos, páramos y brezales, las especies que componen la vegetación original son desplazadas por especies nitrófilas.

La deposición de estiércol habitualmente tiene lugar por debajo del suelo de un establo o pocilga con reubicación periódica a un tanque o laguna de estiércol. Habitualmente, las heces y la orina se mezclan de modo que el estiércol asume la forma de una suspensión. Después del almacenamiento, a menudo durante varios meses, el contenido del tanque o laguna se esparce normalmente sobre tierra agrícola como fertilizante. Parte del nitrógeno presente se evaporará como amoniaco, lo cual da como resultado un olor desagradable, y otra parte, en forma de nitrato, posiblemente se filtrará hasta el agua del subsuelo o se desplazará por escorrentía hasta cursos de agua, masas de agua dulce y el mar, lo cual da origen a problemas adicionales de contaminación y eutrofización.

Para paliar los efectos adversos del exceso de nitrógeno en el medioambiente, muchos países que cuentan con una industria de cría intensiva de animales, principalmente grandes granjas porcinas, han implementado disposiciones a efecto de que no se esparza más de una cantidad especificada de estiércol por unidad de área del campo. Sin embargo, dado que las explotaciones de cría intensiva de animales a gran escala en una región dada a menudo dependen de concentrados importados para la alimentación, la reserva de nitrógeno regional habitualmente aumenta muy por encima de lo que puede utilizarse y dar cabida en la tierra agrícola disponible en la región en cuestión.

Por lo tanto, en las últimas décadas se ha prestado una atención considerable al desarrollo de procedimientos, con los cuales el nitrógeno en el estiércol pueda eliminarse de forma selectiva y retenerse en una forma adecuada para el transporte a regiones con una menor carga de nitrógeno para su utilización como fertilizante.

Cuando se va a recuperar nitrógeno del estiércol, normalmente se realiza un fraccionamiento inicial en una fracción seca y una líquida mediante diversos medios, dado que una proporción pronunciada de nitrógeno está presente en la fracción líquida de estiércol. La fracción seca de estiércol que surge como resultado de dicho fraccionamiento puede usarse, por ejemplo, como acondicionador del suelo rico en fósforo, como combustible de biomasa o como materia prima para una planta de biogás.

Según métodos conocidos, el nitrógeno se ha eliminado tradicionalmente de la fracción de estiércol líquido mediante separación del amoniaco y/o precipitación de sales de amoniaco para utilización directa como fertilizante realizadas mediante adición de una gama de productos químicos extrínsecos.

Para eliminar el nitrógeno amónico del estiércol líquido con el menor gasto de energía y sin depender de un complejo equipo industrial, se ha sugerido la utilización de intercambiadores de iones naturales para captar iones de amonio mediante adsorción. De este modo, la solicitud de patente internacional WO 92/12944 da a conocer la utilización de un intercambiador de cationes natural, principalmente el mineral glauconita, para eliminar nitrógeno amónico de una fase acuosa de estiércol líquido. Después de las etapas de filtración, floculación y sedimentación, una fase acuosa que presenta un contenido de nitrógeno moderado se aplica al intercambiador de iones. El intercambiador de iones puede regenerarse, preferentemente con una solución acuosa de CaCl2 y el eluato se almacena como un producto separado o unido con una suspensión espesa que se origina a partir de una separación inicial de estiércol en diferentes fases.

Los métodos de la técnica anterior que utilizan intercambiadores de iones naturales para la eliminación de nitrógeno amónico de líquidos que contienen estiércol abrigaban grandes esperanzas. Desgraciadamente, no alcanzaron las grandes expectativas y no se han utilizado a escala comercial. Algunos problemas fundamentales frustraron los intentos de obtener un funcionamiento operativo de intercambiadores de iones naturales en la depuración de amonio del estiércol líquido.

Cuando se utilizan para el propósito en cuestión, los lechos de intercambiador de iones natural son obstruidos por el fino material que surge de su propia disgregación así como por partículas de materia seca, de naturaleza parcialmente orgánica, del estiércol líquido. La percolación del líquido que se ha de depurar se ve impedida seriamente, de modo que el caudal a través de la masa de intercambiador de iones y, por lo tanto, su eficacia se reduce a un nivel insatisfactorio, en general a menos de 3 mm/min. Para cada retrolavado y tratamiento de los lechos de intercambiador de iones natural con solución regenerante, el deterioro del material del intercambiador de iones aumenta para agravar así el problema de oclusión de la planta, lo cual produce un patrón de flujo inhibido y no uniforme a través de diferentes partes de los lechos de intercambiador de iones.

Otra desventaja de los intercambiadores de iones naturales aplicados en la eliminación de nitrógeno amónico de estiércol líquido reside en su capacidad de intercambio catiónico inherentemente baja, que a menudo es menor de 1 equivalente molar por litro. Es imposible conseguir un factor de concentración de amonio satisfactorio durante los procesos de intercambio iónico; en la práctica éste casi nunca supera un valor de 3 y generalmente no es mucho mayor de 1. Después de la liberación del amonio adsorbido desde el intercambiador de iones en una solución regenerante, el volumen final de este líquido habitualmente no es sustancialmente inferior al volumen del líquido que se ha de tratar al comienzo del proceso.

Debido al considerable interés medioambiental y comercial implicado, se han realizado muchos experimentos para remediar los fallos de procesos que emplean intercambiadores de iones naturales para la eliminación de nitrógeno amónico de estiércol líquido, pero esto ha resultado ser difícil de conseguir. Realmente, cuando se trata del tratamiento de líquidos con un contenido de moderado a elevado de amoniaco, tal como en el estiércol líquido, el propio principio del intercambio iónico ha sido abandonado en gran medida, entre otros, a favor de la precipitación directa de sales de amonio mediante la adición de compuestos adecuados para el líquido que se ha de tratar. De este modo, también la utilización de intercambiadores de iones sintéticos para la eliminación de amonio mediante adsorción a partir de aguas residuales orgánicas ha estado limitada a finalizar tratamientos que depuran amonio diluido residual de líquidos, que se han sometido a etapas precedentes de otra naturaleza, con lo cual la mayor parte del nitrógeno amónico ya ha sido desechada; véase a este respecto la solicitud internacional WO 2004/089833 A2, y la solicitud estadounidense US 2008/053909 A1.

La postura general asumida en la técnica se ilustra mediante la solicitud europea EP 0114038A. Dicha solicitud da a conocer que la utilización de intercambio iónico solamente es apropiada en concentraciones de amonio menores de 15 mM, que también es menor que la detectada en la mayoría de estiércoles líquidos. En concentraciones más elevadas, se recomienda la precipitación directa de sales de amonio mediante la adición de productos químicos.

En vista de lo anterior, el objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento ecológico para eliminar nitrógeno amónico de estiércol líquido, procedimiento que es eficiente y duradero y requiere solamente un modesto consumo... [Seguir leyendo]

1. Un método para eliminar nitrógeno amónico de aguas residuales orgánicas que comprenden estiércol líquido, método que comprende las etapas de

(i) proporcionar aguas residuales orgánicas que comprenden estiércol líquido con un contenido de nitrógeno amónico;

(ii) aplicar dichas aguas residuales a un intercambiador de iones sintético, orgánico que adsorbe, durante su utilización, más de 1, 2 eq/I, preferentemente más de 2, 0 eq/I; y

(iii) permitir que el nitrógeno amónico de dichas aguas residuales se adsorba a dicho intercambiador de iones,

en el que la concentración de nitrógeno amónico en dichas aguas residuales supera los 3 g/l en el momento de la aplicación de dichas aguas residuales a dicho intercambiador de iones, y en el que las aguas residuales orgánicas tienen un contenido de materia orgánica del 0, 5-8% (p/p) , preferentemente del 1-3% (p/p) , en el momento de la aplicación de dichas aguas residuales al intercambiador de iones, estando dicha materia orgánica disuelta o en forma de partículas de una extensión máxima de 25 !m.

2. El método, según la reivindicación 1, que comprende, además, la etapa de convertir intercambiador de iones en la forma de Na+ antes de la aplicación de dichas aguas residuales al intercambiador de iones.

3. El método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, después de la etapa (iii) , el intercambiador de iones se regenera con una solución de NaNO3 de una molaridad de 2-8 M, y/o con una solución de NaCl de una molaridad de 2-4 M, y/o con una solución de Na2SO4 de una molaridad de 1-2, 5 M.

4. El método, según la reivindicación 3, en el que la etapa (iii) y dicha etapa de regenerar el intercambiador de iones se realizan por turnos en una serie que comprende más de 10, preferentemente más de 25, de la forma más preferente más de 50 repeticiones de dichas etapas y en el que el intercambiador de iones no se sustituye mientras dura dicha serie.

5. El método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la concentración de nitrógeno amónico en las aguas residuales orgánicas supera 4 g/l, preferentemente 5 g/l.

6. El método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las aguas residuales orgánicas presentan un pH en el intervalo de 6, 5-8, 0 en el momento de la aplicación de dichas aguas residuales al intercambiador de iones.

7. El método, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las perlas del intercambiador de iones tienen un tamaño de partícula promedio de 0, 4-1, 0 mm, preferentemente 0, 6-0, 7 mm, y un coeficiente de uniformidad de 1, 2 o menor, preferentemente 1, 1 o menor.